Mi a digitális áramkör: A tervezés és alkalmazásai

A digitális áramkörök vagy a digitális elektronika az elektronika olyan ága, amely digitális jelekkel foglalkozik a különféle feladatok teljesítése érdekében, a különböző követelmények teljesítése érdekében. Az ezekre az áramkörökre alkalmazott bemeneti jel digitális formátumú, amelyet 0 és 1 bináris nyelvű formátumban ábrázolunk. Ezeket az áramköröket a használatával tervezték logikus kapuk mint az AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR kapuk, amelyek logikai műveleteket hajtanak végre. Ez az ábrázolás segíti az áramkört az egyik állapotból a másikba való átkapcsolásban a pontos kimenet érdekében. A digitális áramköri rendszereket elsősorban a lassabb analóg rendszerek hátrányainak leküzdésére tervezték, és a kapott kimeneti adatok hibát tartalmazhatnak.

Mi az a digitális áramkör?

Meghatározás : A digitális áramkört úgy tervezték meg, hogy egyetlen logikai kaput használjon integrált áramkör - IC. Bármely digitális áramkör bemenete bináris formában „0” és „1”. A nyers digitális adatok feldolgozásával kapott kimenet pontos értékű. Ezeket az áramköröket kétféleképpen lehet ábrázolni kombinációs vagy szekvenciális módon.

Digitális áramkör alapjai

A digitális áramkör tervezését először a relék, később vákuumcsövek, TTL tranzisztor-tranzisztor logika , Emitter kapcsolt logika, és CMOS logika. Ezek a tervek nagyszámú logikai kaput használnak, mint például AND, OR, NOT stb., Egyetlen IC-be integrálva. A digitális adatok be- és kimenete a logikus igazságtáblázat és időzítési diagram.

Logikai szint

A digitális adatokat logikai formátumban ábrázolják, azaz „0” és „1” formátumban. Ahol a 0 logika azt jelzi, hogy a jel alacsony vagy „GND”, és az 1 logika azt jelzi, hogy a jel magas, vagy a „VCC” tápellátáshoz van csatlakoztatva az alábbiak szerint

Logikai szint

Logikai igazságtáblázat

A logikai igazságtábla a digitális jel teljesítményének matematikai ábrázolása, amikor áthalad a digitális áramkörön. A táblázat 3 oszlopból áll, ezek az óraoszlop, a beviteli oszlop és a kimeneti oszlop. Például a NOT gate logic table a következőképpen jelenik meg

Időzítési diagram

A digitális jel viselkedését időtartomány formátumban ábrázoljuk, például ha a NOT logikai kapu igazságtáblázatát vesszük figyelembe, akkor az időzítési diagram a következőképpen jelenik meg, ha az óra magas, a bemenet alacsony, akkor a kimenet magas lesz. Hasonlóképpen, ha a bemenet magas, akkor a kimenet alacsony lesz.

Időzítési diagram

Kapuk

A logikai kapu egy olyan elektronikus alkatrész, amelyet egy logikai függvény segítségével valósítanak meg. A kapukat általában diódák, tranzisztorok és relék segítségével valósítják meg. Különböző típusú logikai kapuk vannak, ÉS, VAGY NEM, NANAD, NOR, XOR. Amelyek ÉS, VAGY NEM az alapvető kapuk, a NAND és a NOR pedig az univerzális kapu. Tekintsük az AND kapu ábrázolást az alábbiak szerint, amelynek 2 bemenete és egy kimenete van.

ÉS Kapu

ÉS a kapu igazságtáblája

Az ÉS kapu időzítési diagramja

Számos módon lehet létrehozni egy digitális áramkört, amely logikai kapukat használ, kombinációs logika, szekvenciális logikai áramkör létrehozásával, vagy programozható logikai eszközzel, amely keresési táblákat használ, vagy sok IC kombinációjával stb. kombinációs és szekvenciális áramköri formátum felhasználásával tervezték, az alábbiak szerint

Kombinációs logikai áramkör

Különféle logikai kapuk kombinációja, mint az ÉS, VAGY, NEM. A kombinációs logika megtervezése úgy történik, hogy a kimenet a jelenlegi inputtól függ, és a logika független az időtől. Kombinációs logikai áramkörök 3 típusba sorolhatók, azok

Kombinációs logikai áramkör

• Számtani és logikai függvények: Összeadók, Kivonók , Összehasonlítók , PLD-k
• Adatátvitel: Multiplexerek, Demultiplexerek , Kódolók, Dekóderek
• Kód konverterek: Bináris , BCD , 7 szegmenses.

Szekvenciális áramkör

A szekvenciális áramkör eltér a kombinációs áramkörtől. Egy szekvenciális áramkörben a kimeneti logika mind a jelenlegi, mind a korábbi bemeneti értékektől függ. Emellett egy memóriaelemből áll, amely tárolja a feldolgozott és feldolgozott adatokat. A szekvenciális áramkörök 2 típusba vannak besorolva,

• Szinkron áramkör
• Aszinkron áramkör

Néhány példa a szekvenciális áramkörökre: papucs, órák , pultok stb.

Szekvenciális áramkör diagram

Digitális áramkör tervezés

A digitális áramkörök a következő módon alakíthatók ki

• A szekvenciális rendszerábrázolás és a kombinációs rendszerábrázolás használata
• A matematikai módszerek használata a logikai redundancia algoritmusok csökkentésével K-Map , Boole-algebra , QM algoritmus, bináris döntési diagramok stb.
• Adatáramlási gépek használata, amelyek regiszterekből és buszok vagy drót. Az adatokat buszok és regiszterek segítségével közlik a különféle összetevők. Ezeket a gépeket olyan hardverleíró nyelvekkel tervezték, mint a VHDL vagy Verilog .
• A számítógép egy általános célú regiszterátviteli logikai gép, amelyet a mikroprogram és mikrosequencer processzor.

Digitális áramkör-tervezési kérdések

Mivel a digitális áramkörök analóg komponensekkel vannak felépítve, például ellenállásokkal, relékkel, tranzisztorokkal, diódákkal, papucsokkal stb. Meg kell jegyezni, hogy ezek az alkatrészek nem befolyásolják a jel vagy az adatok viselkedését a digitális áramkör működése során. Az alábbiakban olyan tervezési problémákat mutatunk be, amelyeket általában megfigyelnek,

• A rendszer nem megfelelő kialakítása miatt problémák, például hibák jelentkezhetnek
• Egy másik órajel nem megfelelő szinkronizálása metastabilitást eredményez az áramkörben
• A digitális áramkörök a magas zajállóság miatt többször számolnak.

Digitális áramkör példák

Az alábbiakban bemutatjuk a digitális áramkörök példáit

• Mobiltelefonok
• Rádiók
• Számológépek stb.

Előnyök

A következők az előnyök

• Nagy a pontosság és a programozhatóság
• Könnyen menthető digitális adat
• Immun a zajra
• Számos digitális áramkör integrálható egyetlen IC-be
• Nagyon rugalmas
• Magas megbízhatóság
• Nagy az átviteli sebesség
• Rendkívül biztonságos.

Hátrányok

A következők a hátrányok

• Csak digitális jeleken működnek
• Több energiát fogyaszt, mint az analóg áramkörök
• A hőelvezetés több
• Magas ár.

Alkalmazások

A következők az alkalmazások

• ADC - analóg-digitális átalakító
• DAC - Digitális-analóg átalakító
• Jelgenerátor
• CRO
• NAK NEK intelligens kártya stb.

GYIK

1). Mire használják a digitális áramköröket?

Digitális áramköröket használnak logikai műveletek végrehajtására.

2). Hogyan működik a digitális áramkör?

A digitális áramkör diszkrét jelekkel működik, amelyek 0 és 1 bináris formában vannak ábrázolva.

3). Melyek a digitális áramkör alapvető elemei?

A digitális áramkörök alapkomponensei a papucsok, diódák, tranzisztorok, Gates stb.

4). Miből áll egy áramkör?

Az elektronikus áramkör számos passzív és aktív alkatrészből áll, amelyek vezető vezetékekkel vannak összekötve.

5.) Nevezzen meg néhány példát az aktív és passzív összetevőkről?

• Aktív komponensek például a diódák, IC, triódes vákuumcsövek stb.
• A passzív alkatrészek például az ellenállás, a kondenzátor, az induktivitás, a transzformátor stb.

6). Miért használunk ellenállást az áramkörökben?

Az áramkör szabályozásához egy ellenállást használunk az áramkörben.

Az elektronikus áramkör számos passzív és aktív alkatrészből áll, amelyek vezető vezetékekkel vannak összekötve. Ketten vannak áramkörök típusai ezek analóg áramkör és digitális áramkör. Az analóg áramkör bemenete folyamatosan változó jel, amely olyan jelinformációkat szolgáltat, mint az áram, a feszültség stb. Ez biztosítja a digitális jel jelerősségét, zajarányát, csillapítását stb. A digitális áramkörök használatának legfőbb előnye, hogy könnyen megvalósíthatók és érthetőek.